《计算机分散控制糸统》 第七章 协调控制系统 Coordinated Control System 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 1 协 调 控 制 系 统 第七章 Coordinated Control System
《计算机分散控制糸统》 第一节协调控制系统的基本概念 随着电力工业的发展,高参数、大容量、单元 制的火力发电机组在电网中所占的比例越来越大 所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅 炉所组成的相对独立的运行系统。 单元制运行方式与以往的母管制运行方式相比, 机组的热力系统得到了简化,而且使蒸汽经过中间 再热处理成为可能,从而提高了机组的热效率。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 2 第一节 协调控制系统的基本概念 随着电力工业的发展，高参数、大容量、单元 制的火力发电机组在电网中所占的比例越来越大。 所谓单元制就是由一台汽轮发电机组和一台锅 炉所组成的相对独立的运行系统。 单元制运行方式与以往的母管制运行方式相比， 机组的热力系统得到了简化，而且使蒸汽经过中间 再热处理成为可能，从而提高了机组的热效率
《计算机分散控制糸统》 、单元机组负荷控制的特点 (1)随着大容量机组在电网中的比例不断增大,以及 因电网用电结构变化引起的负荷峰谷差逐步加大,大容量单 元机组的运行方式也逐步发生了变化,过去常常只带固定负 荷的大机组,现在也需求根据电网中心调度所的负荷需求指 令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频,甚至在机组的 某些主要辅机局部故障的情况下,仍然维持机组的运行。 (2)在单元制运行方式中,要求锅炉和汽轮发电机 单元机组实发电功率与负荷 共同保障外部负荷需求 要求是否一致,反映了机组 与外部电网之间能量的供求 平衡; 共同维持内部参数稳定而中汽压力则反映了机组 蒸汽压力) 内部锅炉与汽轮发电机之间 能量的供求平衡关系。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 3 一、单元机组负荷控制的特点 （1）随着大容量机组在电网中的比例不断增大，以及 因电网用电结构变化引起的负荷峰谷差逐步加大，大容量单 元机组的运行方式也逐步发生了变化，过去常常只带固定负 荷的大机组，现在也需求根据电网中心调度所的负荷需求指 令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频，甚至在机组的 某些主要辅机局部故障的情况下，仍然维持机组的运行。 （2）在单元制运行方式中，要求锅炉和汽轮发电机： 单元机组实发电功率与负荷 要求是否一致，反映了机组 与外部电网之间能量的供求 平衡； •共同保障外部负荷需求—— •共同维持内部参数稳定—— （主蒸汽压力） 而主蒸汽压力则反映了机组 内部锅炉与汽轮发电机之间 能量的供求平衡关系
《计算机分散控制糸统》 然而,锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异 即汽轮发电机对负荷请求响应快,锅炉对负荷请求的响应慢, 所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约, 外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的 矛盾。 单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 4 然而，锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异， 即汽轮发电机对负荷请求响应快，锅炉对负荷请求的响应慢， 所以单元机组内外两个能量供求平衡关系相互间受到制约， 外部负荷响应性能与内部运行参数稳定性之间存在着固有的 矛盾。 单元机组负荷控制中的一个最为主要的特点
《计算机分散控制糸统》 、协调控制系统及其任务 协调控制系统的含义 单元机组协调控制系统( Coordinated Control System)简 称αCS,是根据单元机组的负荷控制特点,为解决负荷控制中 的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。从 广义上讲,这是单元机组的负荷控制系统。 协调控制系统把锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行综 合控制,使其同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参 数的偏差要求协调运行,即保证单元机组对外具有较快的功 率响应和一定的调频能力,对内维持主蒸汽压力偏差在允许 范围内 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 5 二、协调控制系统及其任务 单元机组协调控制系统（Coordinated Control System）简 称CCS ,是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中 的内外两个能量供求平衡关系而提出来的一种控制系统。从 广义上讲，这是单元机组的负荷控制系统。 协调控制系统的含义 协调控制系统把锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行综 合控制，使其同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参 数的偏差要求协调运行，即保证单元机组对外具有较快的功 率响应和一定的调频能力，对内维持主蒸汽压力偏差在允许 范围内
《计算机分散控制糸统》 协调控制系统的主要任务是 1.接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员 的负荷给定指令和电网频差信号,及时响应负荷请求,使 机组具有一定的电网调峰、调频能力,适应电网负荷变化 的需要。 2.协调锅炉、汽轮发电机的运行,在负荷变化率较大时,能 维持二者之间的能量平衡,保证主蒸汽压力稳定。 3.协调机组内部各子控制系统(燃料、送风、炉膛压力、给 水、汽温等控制系统)的控制作用,使机组在负荷变化过 程中主要运行参数在允许的工作范围内,以确保机组有较 高的效率和可靠的安全性 4.协调外部负荷请求和主/辅设备实际能力的关系。在机组 主/辅设备能力受到限制的异常情况下,可根据实际,限 制或强迫改变机组负荷。这是αCS的连锁保护功能。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 6 1．接受电网中心调度所的负荷自动调度指令、运行操作人员 的负荷给定指令和电网频差信号，及时响应负荷请求，使 机组具有一定的电网调峰、调频能力，适应电网负荷变化 的需要。 2．协调锅炉、汽轮发电机的运行，在负荷变化率较大时，能 维持二者之间的能量平衡，保证主蒸汽压力稳定。 3．协调机组内部各子控制系统（燃料、送风、炉膛压力、给 水、汽温等控制系统）的控制作用，使机组在负荷变化过 程中主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较 高的效率和可靠的安全性。 4．协调外部负荷请求和主/辅设备实际能力的关系。在机组 主/辅设备能力受到限制的异常情况下，可根据实际，限 制或强迫改变机组负荷。这是CCS的连锁保护功能。 协调控制系统的主要任务是：
《计算机分散控制糸统》 协调控制的基本原则 根据被控对象动态特性的分析可知 锅炉燃烧率改变→机组输出电功率变化,其过程有较大 的惯性和迟延,如果只是依靠锅炉侧的控制,必然不能得迅 速的负荷响应。 为了提高机组的响应性能,可在保证安全运行(即主蒸 汽压力在允许范围内变化)的前提下,充分利用锅炉的蓄热 能力。即在负荷变动时,通过汽轮机进汽调节阀的适当动作, 允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能,加快机组初期 负荷的响应速度。与此同时,根据外部负荷请求指令加强对 锅炉侧燃烧率(及相应的给水流量)的控制,及时恢复蓄能 使锅炉蒸发量保持与机组负荷-致。 负荷控制的基本原则,也是机炉协调控制的基本原则。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 7 为了提高机组的响应性能，可在保证安全运行（即主蒸 汽压力在允许范围内变化）的前提下，充分利用锅炉的蓄热 能力。即在负荷变动时，通过汽轮机进汽调节阀的适当动作， 允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能，加快机组初期 负荷的响应速度。与此同时，根据外部负荷请求指令加强对 锅炉侧燃烧率（及相应的给水流量）的控制，及时恢复蓄能， 使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致。 三、协调控制的基本原则 根据被控对象动态特性的分析可知： 锅炉燃烧率改变机组输出电功率变化，其过程有较大 的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅 速的负荷响应。 ——负荷控制的基本原则，也是机炉协调控制的基本原则
《计算机分散控制糸统》 四、常见的协调控制方式 以锅炉跟随为基础的协调控制方式 是在汽轮机恻控制负荷(输岀电功率)№ε、锅炉侧控制主蒸汽压 力P的基础上,让汽轮机侧的控制配合锅炉侧控制P的种协调控袆方式。 如图所示。 汽机调负荷 锅炉调汽压 △N 由于主汽压对燃烧率的 锅炉 汽轮机 响应存在着较大惯性, 主控制器 主控制器 会使主汽压出现较大的 NI 暂态偏差。为此,可将 锅炉 汽轮机 主汽压偏差ΔP信号引入 子控制系统 子控制系统 汽轮机侧的控制之中 以限制汽轮机进汽调节 锅 阀的开度变化,减小P 燃烧率 归 主蒸汽 汽轮机 发电机去电网 的动态变化 能瀑与动力工程学院 chool of Energy Power Engineering 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 8 四、常见的协调控制方式 1．以锅炉跟随为基础的协调控制方式 ——是在汽轮机侧控制负荷（输出电功率）NE、锅炉侧控制主蒸汽压 力PT的基础上，让汽轮机侧的控制配合锅炉侧控制PT的一种协调控制方式。 如图所示。 P0 PT 锅炉 主控制器 锅炉 子控制系统 燃烧率 锅 炉 主蒸汽 汽轮机 发电机 去电网 汽轮机 子控制系统 汽轮机 主控制器 N0 NE △P △N NB NT μB μT + - + - - 汽机调负荷 由于主汽压对燃烧率的 响应存在着较大惯性， 会使主汽压出现较大的 暂态偏差。为此，可将 主汽压偏差P信号引入 汽轮机侧的控制之中， 以限制汽轮机进汽调节 阀的开度变化，减小PT 的动态变化。 锅炉调汽压
《计算机分散控制糸统》 2.以汽轮机跟随为基础的协调控制方式 是在锅炉侧控制负荷(输岀电功率)Nε汽机侧控制主蒸汽压力P 的基础上,让汽机侧的控制配合锅炉侧控制Nε的种协调控制方式。如 图所示。 锅炉调负荷 汽气机调汽压 △N △P 为提高机组的负荷响 锅炉 汽轮机 应能力,将负荷偏差 主控制器 主控制器 信号△N引入汽轮机侧 NB NT 的控制之中,以此改 锅炉 汽轮机 子控制系统 子控制系统 变汽轮机进汽阀的开 度,在锅炉侧响应负 荷的迟缓过程中,暂 电机 时利用蓄能使机组迅 燃烧率 炉 主蒸汽 汽轮机 去电网速作出负荷响应。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 9 ——是在锅炉侧控制负荷（输出电功率）NE、汽机侧控制主蒸汽压力PT 的基础上，让汽机侧的控制配合锅炉侧控制NE的一种协调控制方式。如 图所示。 P0 PT 锅炉 主控制器 锅炉 子控制系统 燃烧率 锅 炉 主蒸汽 汽轮机 发电机 去电网 汽轮机 子控制系统 汽轮机 主控制器 N0 NE △P △N NB NT μB μT + - + - 锅炉调负荷 为提高机组的负荷响 应能力，将负荷偏差 信号N引入汽轮机侧 的控制之中，以此改 变汽轮机进汽阀的开 度，在锅炉侧响应负 荷的迟缓过程中，暂 时利用蓄能使机组迅 速作出负荷响应。 汽机调汽压 2．以汽轮机跟随为基础的协调控制方式
《计算机分散控制糸统》 锅炉跟随方式是一种“借贷”方式。在此基 础上建立的协调控制方式是以降低汽机负荷响应 性能为代价来换取汽压控制质量提高的。以兼顾 负荷响应和汽压稳定二者的控制质量 汽轮机跟随方式是一种“量入为出”方式。 在此基础上建立的协调控制方式是以加大汽压动 态偏差为代价换取负荷响应速度提高的。以兼顾 负荷响应和汽压稳定二者的控制质量。 能瀑与动力工程学院 2021/2/22
《计算机分散控制系统》 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 2021/2/22 10 锅炉跟随方式是一种“借贷” 方式。在此基 础上建立的协调控制方式是以降低汽机负荷响应 性能为代价来换取汽压控制质量提高的。以兼顾 负荷响应和汽压稳定二者的控制质量。 汽轮机跟随方式是一种“量入为出”方式。 在此基础上建立的协调控制方式是以加大汽压动 态偏差为代价换取负荷响应速度提高的。以兼顾 负荷响应和汽压稳定二者的控制质量